脉冲激光参数对光动力反应机制及效率的影响规律

多年来脉冲、连续激光引导的光动力治疗效率一直存在争议，本研究拟以国产光敏剂血卟啉单甲醚为例，采用数学模拟的方法比较（不同脉宽、重频的）脉冲激光、连续630nm（或532nm）激光引导的PDT效率。首先从分析高强度脉冲激光激发HMME是否发生新的光化学反应过程着手，同时测量其主要光物理光化学特性参数（三线激发态寿命等）；根据测得参数和不同激光条件下的反应机制，先在溶液水平计算不同参数激光PDT的活性氧产量，并实验验证；然后建立PDT治疗肿瘤的系统模型（由组织中光、光敏剂、氧分布三个子模型构成），模拟不同参数条件下脉冲激光PDT活性氧产量，并与相同平均功率密度下的连续激光PDT进行比较，通过分析组织内活性氧产量的时间空间变化，比较各种激光PDT的作用深度和均匀程度；并通过动物实验进行验证。本研究对阐明脉冲激光激发的超快光敏反应机制，揭示脉宽、重频等参数对脉冲激光PDT效率的影响规有重要意义。

全面开展并完成了项目计划书中的预定研究内容，从溶液和组织水平比较了不同参数脉冲激光PDT与连续激光PDT的效率。主要成果如下：（1）利用瞬态光谱技术分析了光敏剂血卟啉单甲醚（HMME）在高强度532nm脉冲激光激发下的PDT反应过程，结合理论计算得出：在临床常用平均功率密度条件下，脉宽为纳秒或微秒量级、重频为千赫兹水平的脉冲激光激发HMME后，主要通过单光子吸收进而发生Ⅱ型PDT反应。（2）理论计算了两类脉宽条件（脉宽为纳秒甚至更低、脉宽为微秒量级）下532nm脉冲激光激发HMME溶液的单线态氧产量，并与相同能量密度连续532nm激光激发下的单线态氧产量进行了比较。采用单线态氧近红外发光光谱法系统检测了不同脉冲参数下HMME溶液的单线态氧产量，得到了单脉冲激发下单线态氧的时间分辨光谱及30秒内的总产量，直观地观察到了单线态氧产量在时间和强度两个维度上的动态变化。实验检测结果与理论计算结果一致：① 激光脉宽为纳秒量级时，脉冲激光的单线态氧产量低于连续激光。原因主要是在此脉宽条件下，重频小于15kHz时，峰值功率高，光漂白造成光敏剂的消耗，单线态氧总产量降低；当重频大于15kHz时，脉冲间隔短于光敏剂三线态寿命，一个脉冲激发光敏剂至三线态后，后续脉冲到达时光敏剂尚未返回基态（即三线态饱和现象），单线态氧总产量降低。② 脉宽为微秒量级时，脉冲激光与连续激光的单线态氧产量无显著差异。原因主要是脉宽与光敏剂三线态寿命相当，无三线态光敏剂饱和现象发生，且本实验采用的TTL调制激光输出为方波，不形成强的峰值功率；因此，在总能量一致情况下，脉冲激光与连续激光的单线态氧产量无显著差异。（3）根据溶液水平的研究结果，模拟了不同氧补充条件下，脉冲激光（脉宽纳秒量级）PDT与连续激光PDT在肿瘤和鲜红斑痣组织模型中单线态氧产量。并采肿瘤模型和鲜红斑痣的鸡冠模型为对象，在相同平均功率密度和照光时间下，实验比较了临床常用脉冲532nm激光（脉宽20ns，重频15kHz）与连续532nm激光的PDT作用。实验结果与数学仿真得到的结果规律基本一致:在氧可以持续补充的条件下，脉冲激光PDT效率显著低于连续激光PDT；在乏氧条件下，脉冲激光PDT在脉冲间歇的氧补充可提高单线态氧产量，脉冲激光PDT效率略低于连续激光。发表SCI论文2篇，EI 论文1篇。培养博士生1名，1名主治医师晋升为副主任医师。